[发明专利]一种温度可控式透明静态箱及温室气体野外原位采集方法

说明书

本发明公开了一种温度可控式透明静态箱及温室气体野外原位采集方法，水槽粘接固定于土壤环上，制冷水箱与箱体相连，制冷水箱通过导轨固定箱体，水泵放置于制冷水箱底，进水管与水泵出水口套接，气压平衡管通过气压平衡孔与箱体相通，出水管一端放置于制冷水箱上，顶盖与箱体顶部密封粘接，空气冷却器顶部与顶盖内侧固定，输出端通过水泵电源控制器与水泵连接，高灵敏度温度探头通过温度探头插孔与温度控制器相连接，移动电源直接与温度控制器的输入端和通过风扇电源孔与风扇相连接，采样管一端通过采样孔与箱体相通，采气阀固定于采样管上端。效果显著，成本低廉，结构简单，便携易操作，适用范围广，结果灵敏度高，能有效控制箱体内温度和气压。

技术领域

本发明属于全球变化生态学研究领域，更具体涉及一种温度可控式透明静态箱，同时还涉及一种温室气体原位采样方法。它适用于陆地生态系统温室气体排放研究，通过对地——气间温室气体净交换的直接测定，直接得到陆地生态系统——大气温室气体净交换速率(NEE,net ecosystem exchange)。

背景技术

CO₂，CH₄，N₂O是全球三大主要的温室气体，2016年全球CO₂浓度达到了403.3ppm(1ppm为百万分之一)，高于2015年的400ppm，为工业化前(1750年前)水平的145％；甲烷浓度达到了新高，约为1853ppb(1ppb为十亿分之一)，是工业化前水平的257％；氧化亚氮浓度为328.9ppb，为工业化前水平的122％。大气温室气体浓度的变化主要取决于参与碳氮循环的各个碳氮库间的碳氮通量波动，研究陆地生态系统温室气体通量变化是全球变化研究的核心内容之一。

当前温室气体通量监测方法主要有微气象涡度相关法和静态箱——气相色谱法，微气象涡度相关法主要通过测定某一生态系统类型上方特定高度的三维风速及空气湍流速度，直接高频测出空气中气体浓度变化，进而得到生态系统温室气体的净交换量(NetEcosystem Exchange,NEE)。该方法具有响应快，不破坏植被且能达到野外原位连续监测目标，但是该方法对下垫面的均匀度和坡度要求较高，且仪器设备昂贵，维护费用高，难以大面积普及。

静态箱——气相色谱法的基本工作原理是用已知容积和底面积的密闭无底箱体(由化学性质稳定的材料制成)将要测定的地表罩起来,每隔一段时间抽取箱内气体，用气相色谱仪测定其中目标气体的浓度，然后根据气体浓度随时间的变化率，计算被罩表面地——气间微量气体的交换速率。该方法具有适应性强、结构与操作简单、成本低廉和灵敏度高等优点、因此广泛应用于我国典型陆地生态系统温室气体CO₂、CH₄和N₂O的同步监测。

采用透明箱测定生态系统微量气体交换的技术难题是测定过程中箱内空气温度上升很快,难于控制。而采样期间温度的急剧上升不仅影响植物的光合作用和呼吸作用，而且导致箱内水汽含量增加(特别是对于水稻和湿地生态系统)，箱内气压增加，这些均会影响CO₂交换的测定结果。经中国专利网与相关论文网站检索，当前大多静态箱设计基本都为静态暗箱(不透光箱体)，如“用于收集农田作物温室气体的静态箱”，公开号：CN206095725U、“一种原位观测湿地碳排放的静态箱系统”，公开号：CN203572823U。静态暗箱虽能在一定程度上缓解箱内温度过快上升；但是，静态暗箱只能用于测定生态系统的呼吸，无法直接测定陆地生态系统NEE，生态系统NEE只能通过土壤——植物系统的呼吸间接估算且存在较大误差。因此，当前亟需发明一种温度可控式透明静态箱及其温室气体原位采样方法用于直接测定生态系统NEE。

发明内容

针对当前透明箱采样时箱体内温度上升过快，箱内气压增加等技术难点，本发明的目的是在于提供了一种温度可控式透明静态箱，该装置效果显著，成本低廉，结构简单，便携易操作，易于推广，能有效控制箱体内温度和气压。

本发明的另一个目的是在于提供了一种野外原位采集温室气体的方法，该方法适用范围广，结果灵敏度高，能满足直接测定生态系统温室气体净交换(NEE)的需求。